Нанотрубки Dealtom не требуют очистки от других форм углерода (сажи), не имеют повреждений поверхности и предназначены для модификации композиционных материалов и элементов электроники в химической, нефтеперерабатывающей, строительной, лакокрасочной и электронной промышленности, а также в качестве сорбента нефтепродуктов.
Единственный производитель углеродных нанотрубок DEALTOM — научно-производственное предприятие «Центр нанотехнологий». В его распоряжении цех с опытно-промышленной установкой синтеза по оригинальной технологии производительностью 5 тонн в год и лаборатория углеродных наноматериалов.
Часть сотрудников НПП «Центр нанотехнологий» — О. В. Демичева, А. М. Алексеев, А. Г. Томишко и М. М. Томишко — разработчики технологии УНТ DEALTOM.
Параметры МУНТ
По данным заключения «Роснано», многослойные углеродные нанотрубки без очистки DEALTOM (непосредственно после реактора) представлены в виде порошка. Порошок состоит из нанотрубок в основном двух размеров.
- Dout
- 49,3 ± 0,45 нм и 72,0 ± 0,45 нм
- Wout
- 27% и 9%
- Din
- 13,3 ± 0,45 нм
- Win
- 74%
- Длина L
- 5 мкм, верхняя оценка
- Начало сгорания
- 517 ± 2 °C
- Диапазон сгорания ΔT
- 307 ± 2 °C
- Зольность Cash
- 3,52 ± 0,2 масс.%
- Cnon-CNT
- 0,65 ± 0,08 масс.%
- Удельная поверхность
- 97,55 ± 0,02 м²/г
Условные обозначения
- Dout — положение максимума функции распределения по внешнему диаметру по данным ПЭМ. Два значения соответствуют двум основным размерам.
- Wout — оценка полуширины распределения по внешнему диаметру, в процентах от Dout, по данным ПЭМ.
- Din — положение максимума распределения по внутреннему диаметру по данным ПЭМ.
- Win — оценка полуширины распределения по внутреннему диаметру, в процентах от Din.
- L — грубая оценка верхней границы длины нанотрубок по данным РЭМ.
- Температура начала сгорания аппроксимирована; высокая температура косвенно свидетельствует о малой степени дефектности. ΔT — диапазон, в котором углерод сгорает полностью.
- Cash — несгораемый до 1000 °C остаток (зольность), остатки катализатора.
- Cnon-CNT — неструктурированные формы углерода, сгорающие до начала сгорания УНТ.
- Удельная площадь поверхности определена методом ВЕТ.
Многослойные углеродные нанотрубки Деалтом интеркалированы наночастицами Ni размером около 10 нм. За счёт этого материал является магнитно-мягким ферромагнетиком с низкой остаточной намагниченностью.
Магнитные характеристики порошков МУНТ
Магнитные свойства статистически распределённого ансамбля МУНТ Деалтом в пределах образца испытания имеют следующие пики распределения.
| № | Остаточная намагниченность, СГСМ/г | Коэрцитивная сила Hc, Э | Намагниченность насыщения 1 см³, Is, СГСМ/г |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,028 | 30 | 0,2 |
| 2 | 0,026 | 34 | 0,4 |
| 3 | 0,035 | 35 | 0,5 |
| 4 | 0,01 | 9,6 | 1,1 |
| 5 | 0,10 | 25 | 2,2 |
Сепарацию по магнитным свойствам предприятие не производит.
Технология изготовления
Многослойные углеродные нанотрубки Деалтом синтезируются по оригинальному методу НПП «Центр нанотехнологий» — низкотемпературный термокаталитический пиролиз углеводородов, позволяющий создавать углеродные нанотрубки низкой себестоимости.
Метод основан на превращении углеродсодержащих газовых выбросов (метан, пропан, бутан) в многослойные углеродные нанотрубки без примесей других форм углерода.
Термодинамический анализ возможных химических процессов позволил рассчитать технологические параметры (температура, давление, соотношение реагирующих компонентов и другие) и материально-тепловые балансы и оценить технико-экономические показатели. Поэтому нанотрубки непосредственно после реактора не содержат примесей других аллотропных форм углерода и не требуют очистки от аморфного углерода (сажи).
Применение
По химическим, физическим и механическим свойствам МУНТ Dealtom подходят для модифицирования композиционных материалов: чтобы улучшить потребительские характеристики и увеличить ресурс. Нанотрубки характеризуются очень высокой твёрдостью и коррозионной стойкостью (не растворимы ни в «царской водке», ни в крепких щелочных растворах), поэтому пригодны для работы в агрессивных средах. Большая поверхность обеспечивает высокую адсорбционную способность. Материал может поглощать сероводород, диоксид серы, RSH (меркаптаны), дисульфиды, диоксин, хлор, фтор и другие вещества.
Композиционные материалы
Потребительские свойства, которые возможно улучшить модификацией МУНТ Dealtom:
- Лакокрасочные: адгезия, прочность, теплопроводность; антистатические, электропроводные, с пониженной горючестью, люминесцентные композиции.
- Покрытия полимерные, металлические, керамические и прочие: защитные, антикоррозионные, огнеупорные, электропроводные, теплопроводные, антистатические, энергосберегающие, люминесцентные.
- Клеи и герметики: прочность, износостойкость, адгезия, в том числе к тефлону, полипропилену и полиэтилену, температуростойкость.
- Бетон (прочность и пластичность) и плиточный клей (адгезия к склеиваемой поверхности).
- Катоды и электроды, в том числе автокатоды: прочность, электро- и теплопроводность, автоэмиссионные катоды.
- Теплопроводные пасты-интерфейсы: увеличение теплопроводности на порядок.
- Термопласты: прочность, теплопроводность, антистатические и электропроводные материалы с пониженной горючестью, молниезащита, уменьшение коэффициента трения при определённом формовании.
- Реактопласты: трещиностойкость, эластичность, прочность, температуростойкость, теплопроводность, антистатические и электропроводные материалы, пониженная горючесть, ударопрочность, молниезащита. Для резинотехнических изделий и шин — износостойкость.
Энергетика, в том числе альтернативная
- Суперконденсаторы: электропроводность выше меди, разветвлённая поверхность.
- Солнечные батареи: электропроводность выше меди, теплопроводность на два порядка выше других материалов, кроме графена.
- Литиевые батареи: электропроводность выше меди, разветвлённая поверхность, коррозионная стойкость.
- Контейнеры для водорода: высокая сорбция, взрывобезопасность.
- Металлические провода: прочность и электропроводность.
- Контакты без искр.
Экология
- Многоразовые адсорбенты: сорбция нефтепродуктов и очистка нагревом; поглощение сероводорода, диоксида серы, меркаптанов, дисульфидов, диоксина, хлора, фтора и других веществ.
- Многоразовые фильтры для агрессивных сред за счёт твёрдости и коррозионной стойкости.
Медицина
- Сращивание костей и хрящей (работает внутренний канал нанотрубки — сверхтекучесть).
- Контейнер для доставки лекарств (сорбция и магнитные свойства).
- Режущий наноинструмент.
- Микроносители генов для генной инженерии.
Другие направления
- Увеличение на два порядка ресурса штампов и отрезных инструментов.
- Шлифовальный порошок.
- Демпфер — материал, который гасит удар даже при высоких скоростях и силах.
Отдельное описание сорбента — на странице «Сорбент ДЕАЛТОМ».
Результаты применения
МУНТ прошли апробацию в качестве наномодификатора клеевых составов, краски на металл и теплопроводных паст. Получены опытные образцы, положительные отзывы производителей и заключения сертификационных центров.
Клеевые составы после введения DEALTOM увеличили прочностные характеристики в 2 раза. Адгезия краски к металлу в 1,5–2 раза выше исходной. Теплопроводность лакокрасочных покрытий возросла в 2,5 раза.
Многослойные углеродные нанотрубки DEALTOM не имеют примесей других форм углерода и повреждений поверхности. По своим свойствам материал подходит для модифицирования композитов с повышенными потребительскими характеристиками и для работы в агрессивных средах. Большая поверхность даёт высокую адсорбционную способность — в том числе по сероводороду, диоксиду серы, меркаптанам, дисульфидам, диоксину, хлору и фтору.
Успешные испытания
- Апробация как наномодификатора клеевых составов, краски на металл и теплопроводных паст; опытные образцы, отзывы производителей и заключения сертификационных центров.
- Прочность клеевых составов — в 2 раза, адгезия краски к металлу — в 1,5–2 раза выше исходной.
- Теплопроводные пасты после испытания на процессоре Pentium показали увеличение теплопроводности более 40% относительно выпускаемых паст.
- Теплопроводность лакокрасочных покрытий выросла в 2,5 раза. Эксперимент показал возможность использовать УНТ DEALTOM как наноармирующую добавку, которая повышает адгезию к тефлону, полиэтилену и полипропилену и увеличивает электро- и теплопроводность композитов.
Таблицы испытаний клеев опубликованы отдельно: отчёт по клеевым композициям.
Государственные контракты основного исполнителя
Сотрудниками предприятия выполнены государственные контракты в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы»:
- ГК № 02.435.12.2001 от 01 марта 2006 г. «Создание наносенсора, работающего на одновременной регистрации четырех электрофизических параметров и исследование его свойств».
- ГК № 02.513.11.3173 от 20 апреля 2007 г. «Оптимизация технологических процессов синтеза углеродных нанотрубок различных модификаций и создание на их основе функциональных элементов наноэлектроники».
- ГК № 02.740.11.5074 в 2009 г. «Разработка экологического и экономичного химического метода осаждения металлических нанослоев». Заказчик — Федеральное агентство по науке и инновациям.
- Грант РФФИ № 06-08-01162-а «Конструирование и исследование триботехнических и физико-механических свойств новых композиционных полимерматричных материалов с наноструктурными наполнителями для экстремальных условий их функционирования».
Работы соисполнителя
- ГК от 10.10.2007 № АВ/07/587/РГА/к с Роспромом, НИР «Исследование влияния наполнения эпоксидных пленок многостенными углеродными нанотрубками с целью получения армированных нанокомпозитов (лопатка вентилятора), обладающих повышенными механическими свойствами».
- ГК от 13 августа 2009 г. № 02.523.12.3024, ОКР «Разработка радиационных технологий получения и организация опытного производства нового поколения нанокомпозиционных полимерных материалов с углеродным наполнителем с уникальным сочетанием физико-химических свойств».
- ГК № 14.513.11.0110 в 2013 году «Новые функциональные модификаторы на основе углеродных многослойных нанотрубок, для улучшения эксплуатационных и физико-механических свойств покрытий для дорожной разметки». Заказчик — Министерство образования и науки Российской Федерации.
Все проекты получили положительное заключение мониторов. Во всех проектах разрабатывались материалы и устройства на основе углеродных нанотрубок, синтезированных авторами.